深空探測通過探測行星及小天體的表面和附近大氣的星際物質譜線,對宇宙的起源、演變過程進行研究,成為了世界各國關注的焦點。在深空探測的眾多目標物質中,探測水和一氧化碳可以幫助了解小行星的基本物質構成,尋找生命存在的基本條件,同時探測水的兩種同位素比,也可以確定成巖、成礦物的來源;探測氨氣對于研究太陽星云中的氮激發(fā)態(tài)有非常重要的意義。這些星際物質很多都處于太赫茲波段,所以利用太赫茲頻譜儀進行深空探測至關重要。超精細譜線觀測的重要性由于一些重要探針譜線的頻率間隔非常小而逐漸凸顯。研發(fā)大帶寬、高分辨率太赫茲頻譜儀進行精細譜探測成為了必要。在星載太赫茲頻譜儀的后端頻譜分析技術實現(xiàn)中,采用聲表面波濾波器的Chirp變換頻譜儀由于其所具有的抗輻射、穩(wěn)定性高、功耗低等特點,適合于深空探測中應用。本文設計的頻譜儀后端系統(tǒng)用于Chirp變換頻譜分析技術的研究。根據(jù)Chirp變換原理,輸入信號與展寬線產(chǎn)生的Chirp信號相乘,然后與壓縮線產(chǎn)生的Chirp信號卷積,即可得到其能量譜。而后分別對兩種運算形式M（s）-C（l）和M（l）-C（s）進行分析、比較和選取,并根據(jù)選取形式對頻譜儀的系統(tǒng)總體結構進行設計。實... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)北京市

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

太赫茲頻譜分析儀的系統(tǒng)結構

第1章緒論7了望遠鏡的體積并提供了非常低的旁瓣。極化線柵雙工器實現(xiàn)毫米波和亞毫米波的分離，之后兩個匹配的反射鏡分別將毫米波和亞毫米波波束引導至兩個接收機[50]。切換反射鏡內(nèi)置定標黑體目標564GHz接收機前端中頻處理器Chirp變換頻譜儀數(shù)據(jù)處理與通信衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)處理器配電單元衛(wèi)星電源天線及掃描機構190GHz接收機前端準光學線柵雙工器mmsmmmm連續(xù)通帶smm連續(xù)通帶圖1.2MIRO系統(tǒng)框圖Figure1.2BlockDiagramofMIROSystem亞毫米波前端的主要部件有饋電喇叭、混頻器、低噪聲放大器、諧波混頻器、倍頻器和本地振蕩器。該亞毫米波外差前端與接口框圖如圖1.3所示。其中混頻器是一種二次諧波混頻器，它使用頻率為信號頻率一半(282GHz)的LO頻率，將信號頻率降至5.5~16.5GHz的頻率范圍�；祛l器采用平面背對背GaAs肖特基二極管，利用一個鎖相Gunn振蕩器提供LO信號，之后5.5~16.5GHz頻段的信號用低噪聲放大器放大并饋送至中頻處理器(intermediatefrequencyprocessor,IFP）。圖1.3MIRO亞毫米波外差接收機前端與接口框圖Figure1.3FrontEndandInterfaceofSubmillimeterWaveHeterodyneReceiveronMIROIFP處理從毫米和亞毫米前端向下轉換的中頻信號。處理器產(chǎn)生兩個連續(xù)通道，分別來自毫米波和亞毫米波接收機，同時對亞毫米波信號進行變頻，以便在

用于深空探測的Chirp變換頻譜儀關鍵技術研究8頻譜儀中進行進一步處理。此外，IFP還對來自亞毫米波接收機的5.5~16.5GHz頻段的信號進行額外的處理，通過9個混頻器和3個本地振蕩器將譜線頻帶匹配至Chirp變換頻譜儀的工作頻帶。該Chirp變換頻譜儀的結構框圖如圖1.4。它具有180MHz的帶寬，44kHz的頻率分辨率，22us的色散時間和4096個通道，對H2O、CO、CH3OH和幾種水的同位素的含量進行了探測，并利用特征譜線的頻移特性，對彗星表面物質的揮發(fā)速度進行了研究。圖1.4MIRO后端Chirp變換頻譜儀的結構Figure1.4StructureofChirpTransformSpectrometeronMIROBack-end2010年，美國航空航天局（NASA）和德國宇航中心（DLR）聯(lián)合開發(fā)的平溫層紅外天文臺(SOFIA)完成了其第一次夜間觀測飛行任務。其中由德國航空航天中心研制的太赫茲波段德國天文學接收機儀器(GREAT)是SOFIA天文臺首次科學飛行的兩種儀器之一，其系統(tǒng)框圖如圖1.5所示。它是一個模塊化的高分辨率外差頻譜儀，具有多種混頻器/本振組合，擁有3個頻率通道，覆蓋了1~5THz(300-60μm)頻譜域中最重要的光譜區(qū)域。這3個通道分別為1.4~1.9THz、2.4~2.7THz和4.7THz。低頻段1.4~1.9THz是為了探測電離氮和電離碳的譜線結構；中頻段2.4~2.7THz是為了探測HD的112μm的躍遷；高頻段4.7THz是為了探測中性氧原子的63μm的精細譜線[40]。

【參考文獻】：
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碩士論文
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